способ измерения характеристик магнитного поля и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01R33/24 для измерения направления или величины магнитных полей или магнитных потоков G01V3/08 с использованием магнитных или электрических полей, создаваемых или изменяемых объектом или геологическими структурами или детектирующими устройствами |
Патентообладатель(и): | Кочетков Борис Федорович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-03-07 публикация патента:
27.02.1997 |
Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: способ измерений осуществляется при помощи устройства, содержащего три обособленных постоянных стержневых магнита, первый из которых равновесно размещен на вертикальной оси, второй и третий магниты - на горизонтальных осях, при этом третий магнит размещен на оси неравновесно. Панели, на которых перпендикулярно установлены оси второго и третьего магнитов, располагают параллельно вертикальной плоскости, с которой совмещается продольная линия стержня первого магнита. При этом направление стержня второго магнита совпадает с направлением вектора силовых линий, а отклонение неравновесного третьего магнита от направления стержня второго магнита характеризует напряженность МП вдоль вектора его силовых линий. Положение магнитов на своих осях фиксируют при помощи вертикально и горизонтально-расположенных шкал, а напряженность МП определяют по шкале, установленной с возможностью управляемого перемещения вдоль шкалы третьего магнита. 2 с.п.ф-лы, 9 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Способ измерения характеристик магнитного поля, заключающийся в измерении вертикальной составляющей напряженности магнитного поля при взаимодействии измеряемого магнитного поля со стержневым постоянным магнитом, отличающийся тем, что дополнительно определяют с помощью другого стержневого постоянного магнита по его повороту на горизонтальной оси вертикальную составляющую направления вектора измеряемого магнитного поля и с помощью третьего стержневого постоянного магнита по его повороту на вертикальной оси определяют горизонтальную составляющую направления вектора измеряемого магнитного поля и путем сопоставления этих вертикальной и горизонтальной составляющих по взаимному положению второго и третьего магнитов определяют истинное направление в пространстве вектора измеряемого магнитного поля, после чего с помощью первого стержневого постоянного магнита определяют напряженность измеряемого магнитного поля вдоль истинного направления в пространстве вектора этого поля по величине отклонения положения первого стержневого постоянного магнита от истинного направления в пространстве вектора измеряемого магнитного поля под действием момента силы тяжести. 2. Устройство для измерения характеристик магнитного поля, содержащее два стержневых постоянных магнита, установленных на горизонтальных осях с возможностью поворота, один из которых размещен на вертикальной панели, и подвижную вертикальную шкалу, установленную с возможностью управляемого поворота соосно с одним из указанных магнитов, отличающееся тем, что оно содержит третий стержневой постоянный магнит, вертикальную панель, три основания, неподвижные горизонтальные шкалы на каждом из оснований, подвижную вертикальную шкалу, установленную у одной из панелей, шкалы на каждой из панелей, третий стержневой постоянный магнит и панели установлены на вертикальных осях с возможностью поворота относительно оснований, нулевые числа отсчета углов поворота на горизонтальных шкалах оснований постоянно направлены вдоль географического меридиана в пункте измерений, а нулевые числа отсчета углов поворота шкал панелей совмещены с горизонталями, проходящими через горизонтальные оси магнитов, второй и третий стержневые постоянные магниты размещены на своих осях равновесно с возможностью свободного поворота под воздействием измеряемого магнитного поля, первый стержневой постоянный магнит размещен на своей оси неравновесно с возможностью свободного поворота под совокупным воздействием измеряемого магнитного поля и момента силы тяжести, при этом конец первого магнита совмещен с подвижной вертикальной шкалой, которая имеет показатели напряженности магнитного поля.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к способам измерения характеристик магнитного поля и устройствам для его осуществления в виде комплексного прибора, представляющего собой магнитостатический магнитометр. Преимущественная область применения изобретения -изучение характеристик и динамики геомагнитного поля. Известен способ измерения характеристик магнитного поля, при котором определяют величину горизонтальной и вертикальной составляющих напряженности магнитного поля и при этом используют совокупное противоположно направленное действие измеряемого магнитного поля и сил тяжести на стержневой постоянный магнит, которому обеспечивают при указанных воздействиях возможность поворота вокруг оси и измеряют угол этого поворота [1]Этот способ измерения реализован в устройстве для измерения характеристик магнитного поля, содержащем по меньшей мере один стержневой постоянный магнит, установленный с возможностью поворота на своей оси под действием измеряемого внешнего магнитного поля, и устройство для определения величины угла поворота магнита [1]
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является способ измерения характеристик магнитного поля, при котором используют его взаимодействие с магнитными полями, создаваемыми двумя стержневыми постоянными магнитами, которые устанавливают с возможностьюих поворота в двух перпендикулярно расположенных плоскостях, и путем поворота первого магнита уравновешивают с использованием момента кручения несущей упругой растяжки положение второго магнита в измеряемом магнитном поле, при этом вертикальную составляющую напряженности магнитного поля определяют с использованием измерительной шкалы по углу поворота первого магнита [2]
Указанный способ измерений реализуется в кварцевом магнитостатическом магнитометре, содержащем по меньшей мере два стержневых постоянных магнита, один из которых закреплен на несущей измерительную шкалу вертикальной панели, которая установлена на горизонтальной оси с возможностью управляемого поворота вместе с магнитом, а другой магнит размещен на горизонтальной упругой кварцевой растяжке с возможностью свободного поворота под воздействием внешних магнитных полей, при этом кварцевая растяжка второго магнита и ось панели размещены перпендикулярно друг другу (2]
Этот способ измерения характеристик магнитного поля и устройство для его осуществления имеют общие недостатки, заключающиеся в том, что они не обеспечивают возможности определения истинного направления вектора силовых линий измеряемого магнитного поля в пространстве и проведения измерений в направлении этого вектора, поскольку они позволяют определять только величину горизонтальных или вертикальных составляющих напряженности магнитного поля, что не позволяет получить полные данные о характеристиках и динамике поля и снижает точность проводимых измерений. Изобретение позволяет определять истинное направление вектора силовых линий магнитного поля в пространстве и измерять напряженность магнитного поля в направлении вектора его силовых линий с одновременным повышением при этом точности измерений. Решение поставленной задачи и получение указанного технического результата по способу измерения характеристик магнитного поля обеспечивается тем, что определяют вертикальную составляющую напряженности магнитного поля при взаимодействии измеряемого магнитного поля со стержневым постоянным магнитом, дополнительно определяют с помощью другого стержневого постоянного магнита по его повороту на горизонтальной оси вертикальную составляющую направления вектора измеряемого магнитного поля и с помощью третьего стержневого постоянного магнита по его повороту на вертикальной оси определяют горизонтальную составляющую направления вектора измеряемого магнитного поля и путем сопоставления этих вертикальной и горизонтальной составляющих по взаимному положению второго и третьего магнитов определяют истинное направление в пространстве вектора измеряемого магнитного поля, после чего с помощью первого стержневого постоянного магнита определяют напряженность измеряемого магнитного поля вдоль истинного направления в пространстве вектора этого поля по величине отклонения положения первого стержневого постоянного магнита от истинного направления в пространстве вектора измеряемого магнитного поля под действием момента силы тяжести. Способ измерения характеристик магнитного поля реализуется в устройстве, содержащем два стержневых постоянных магнита, установленных на горизонтальных осях с возможностью поворота, один из которых размещен на вертикальной панели, подвижную вертикальную шкалу, установленную с возможностью управляемого поворота соосно с одним из указанных магнитов, третий стержневой постоянный магнит, вторую вертикальную панель, три основания, неподвижные горизонтальные шкалы на каждом из оснований, подвижную вертикальную шкалу, установленную у одной из панелей, шкалы на каждой из панелей, третий стержневой постоянный магнит и панели установлены на вертикальных осях с возможностью поворота относительно оснований, нулевые числа отсчета углов поворота на горизонтальных шкалах оснований постоянно направлены вдоль географического меридиана в пункте измерений, а нулевые числа отсчета углов поворота шкал панелей совмещены с горизонталями, проходящими через горизонтальные оси магнитов, второй и третий стержневые постоянные магниты размещены на своих осях равновесно с возможностью свободного поворота под воздействием измеряемого магнитного поля, первый стержневой постоянный магнит размещен на своей оси неравновесно с возможностью свободного поворота под совокупным воздействием измеряемого магнитного поля и момента силы тяжести, при этом конец первого магнита совмещен с подвижной вертикальной шкалой, которая имеет показатели напряженности магнитного поля. На фиг. 1 и 2 изображен третий стержневой постоянный магнит с основанием, вид сбоку и сверху; на фиг. 3, 4 и 5, 6 таким же образом показаны соответственно второй и первый стержневые постоянные магниты с вертикальными панелями, основаниями и шкалами; на фиг. 7, 8 и 9 в том же порядке даны изображения третьего, второго и первого стержневых постоянных магнитов в рабочем положении, иллюстрирующие способ измерения характеристик магнитного поля. Приведенное ниже описание конкретных условий осуществления способа измерений и устройства дано на примере измерений геомагнитного поля. Устройство для осуществления способа измерений характеристик магнитного поля выполнено в виде магнитостатического магнитометра (фиг. 1-6), содержащего три обособленных друг от друга и не взаимодействующих своими магнитными полями стержневых постоянных магнита 1, 2 и 3. Стержневой постоянный магнит 1, далее называемый третьим стержневым постоянным магнитом (фиг. 1 и 2), равновесно размещен с возможностью свободного поворота на вертикальной оси 4, закрепленной на неподвижном основании 5, на котором расположена совмещенная с концом стержня постоянного магнита 1 неподвижная горизонтальная шкала 6 в форме дуги окружности, градуированная в градусах плоского угла, с расположением нулевого числа отсчета в средней части шкалы. Основание 5 установлено горизонтально таким образом, что прямая линия А-А, проходящая через вертикальную ось 4 магнита и нулевое число отсчета шкалы, совмещена с направлением географического меридиана в данной точке измерений. Совмещение указанной прямой линии А-А с направлением меридиана производится путем известных геодезических измерений и определений направления меридиана астрономическим способом или гироскопическим методом с применением известного гиротеодолита и др. Второй 2 (фиг. 3 и 4) и первый 3 (фиг. 5 и 6) стержневые постоянные магниты размещены с возможностью свободного поворота на своих горизонтальных осях 7, которые закреплены соответственно на относящихся к этим магнитам вертикальных панелях 8, каждая из которых при помощи вертикальной оси 9 установлена с возможностью управляемого поворота на своем основании 5. Каждая из вертикальных панелей имеет совмещенную с концом стержня соответствующего постоянного магнита 2 или 3 шкалу 10 в форме дуги окружности с центром на оси 7 для измерения углов поворота этого магнита с расположением нулевого числа отсчета в средней части шкалы. При этом прямая линия, проходящая через горизонтальную ось 7 и нулевое число отсчета шкалы, совмещена с горизонталью в данной точке измерений. К каждой из вертикальных панелей 8 прикреплена стрелка 11, которая совмещена со своей неподвижной горизонтальной шкалой 12, размещенной на основании 5 каждого из этих магнитов и предназначенной для измерения углов поворота соответствующей панели на вертикальной оси 9. Эти горизонтальные шкалы 12 имеют форму дуг окружностей с центром на вертикальной оси 9 и с расположением нулевого числа отсчета в средней части шкалы. При этом прямая линия А-А, проходящая через вертикальную ось 9 каждой панели и нулевое число отсчета шкалы 12, направлена вдоль географического меридиана в данной точке измерений, что обеспечивается использованием указанных выше известных способов геодезических измерений. У вертикальной панели 8 первого стержневого постоянного магнита 3 (фиг. 5 и 6) вдоль шкалы 19 вертикальной панели с внешней ее стороны размещена на горизонтальной оси 7 с возможностью управляемого перемещения по дуге окружности совмещенная с концом магнита подвижная вертикальная шкала 13, градуированная в единицах напряженности магнитного поля. Наименьшее число отсчета подвижной вертикальной шкалы 13 находится в нижней ее части. Ось 7 подвижной вертикальной шкалы 13 является продолжением горизонтальной оси 7 первого стержневого постоянного магнита 3 по другую сторону вертикальной панели 8. Второй стержневой постоянный магнит 2 размещен на своей горизонтальной оси 7 равновесно. Первый стержневой постоянный магнит 3 неуравновешен относительно своей горизонтальной оси 7 с расположением более тяжелой части в направлении шкалы 10 панели и подвижной вертикальной шкалы 13. Для показа этого признака на фиг. 5 и 6 на плече стержня первого постоянного магнита 3, обращенном в сторону шкал 10, 13, изображен груз 14. Все три стержневых постоянных магнита 1, 2 и 3 размещены на удалении друг от друга, позволяющем выполнить условие, когда взаимное влияние магнитных полей этих магнитов не превышает допустимой величины по заданной точности измерений и при указанной выше единой пространственной направленности отметок и чисел отсчета у всех трех неподвижных горизонтальных шкал 6 и 12 и отдельно соответственно у двух шкал 10 на вертикальных панелях первого и второго магнитов. Способ измерения характеристик магнитного поля, как и работа указанного выше магнитостатического магнитометра, заключается в следующем (фиг. 7 9). Под воздействием внешнего измеряемого магнитного поля (в данном случае геомагнитного поля) стержень третьего постоянного магнита 1 повернется на своей оси 4 в положение, совпадающее с проекцией вектора силовых линий поля на горизонтальную плоскость, а следовательно, с направлением вертикальной плоскости, в которой находится этот вектор. При этом для повышения точности измерений учитывают направление продольной линии каждого из стержней постоянных магнитов 1, 2 и 3, проходящей через его полюсы и соответствующую ось 4 или 7. Угол поворота третьего стержневого постоянного магнита 1 относительно направления географического меридиана А-А определяют по неподвижной горизонтальной шкале 6. Панели 8 второго 2 и первого 3 стержневых постоянных магнитов вместе с этими магнитами поворачивают на вертикальных осях 9 панелей на тот же угол и определяют величину этого поворота по положению стрелки 11 на неподвижной горизонтальной шкале 12, пространственная направленность отметок и чисел отсчета у которой та же, что и у горизонтальной шкалы 6 третьего стержневого постоянного магнита 1. В результате этих действий все три стержневых постоянных магнита 1, 2 и 3 и панели 8 второго 2 и первого 3 стержневых постоянных магнитов располагают таким образом, что вертикальные плоскости, совмещенные со стержнями всех магнитов и с панелями, будут параллельны. При этом продольная линия стержня второго постоянного магнита 2 под воздействием на магнит измеряемого магнитного поля совпадет с истинным направлением вектора силовых линий магнитного поля в пространстве в данной точке измерений, поскольку положение стержня магнита будет определено соответствующими поворотами относительно вертикальных 4, 9 и горизонтальной 7 осей, чем обеспечивают выведение этого стержня в указанное положение. Показатели углов поворота вертикальной панели 8 на горизонтальной шкале 12 и второго стержневого постоянного магнита 2 на вертикально ориентированной шкале 10 покажут в градусах плоского угла отклонение вектора силовых линий магнитного поля соответственно от направления географического меридиана А-А и от горизонтали в точке измерений. Напряженность магнитного поля вдоль истинного направления вектора его силовых линий в пространстве определяют при указанном выше положении стержня первого постоянного магнита 3 и его вертикальной панели 8 в вертикальной плоскости, параллельной вертикальной плоскости, в которой располагается стержень третьего постоянного магнита 1 при его свободном повороте на вертикальной оси 4 в горизонтальной плоскости под воздействием измеряемого магнитного поля. Или, говоря иначе, это измерение проводят при условии, когда продольная линия третьего постоянного магнита 1 и стрелка 11 панели 8 первого стержневого постоянного магнита 3 совмещены с одинаковыми отметками и числами отсчете на относящихся к этим магнитам соответствующих неподвижных горизонтальных шкалах 6 и 12. При отсутствии груза 14 на плече стержня первого постоянного магнита 3 этот магнит расположился бы так же, как и второй стержневой постоянный магнит 2, по указанным выше причинам. Однако груз 14 создает момент силы тяжести, который отклоняет плечо стержня магнита 3, несущее груз 14, вниз (фиг. 7). Величина угла
![способ измерения характеристик магнитного поля и устройство для его осуществления, патент № 2074402](/images/patents/398/2074032/945.gif)
![способ измерения характеристик магнитного поля и устройство для его осуществления, патент № 2074402](/images/patents/398/2074032/946.gif)
Класс G01R33/24 для измерения направления или величины магнитных полей или магнитных потоков
Класс G01V3/08 с использованием магнитных или электрических полей, создаваемых или изменяемых объектом или геологическими структурами или детектирующими устройствами